JP2012232331A - 成形機の射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ装置と他の駆動装置とによって好適に射出を行うことができる成形機の射出装置を提供する。
【解決手段】射出装置１は、プランジャ５と、シリンダ装置７と、駆動装置５２と、リンク機構５６とを有する。プランジャ５は、キャビティ１０５に成形材料を押し出し可能である。シリンダ装置７は、プランジャ５と連結されたピストンロッド２５を有する。駆動装置５２は、被駆動部（ナット６５）を有し、ナット６５をピストンロッド２５に交差する方向において駆動可能である。リンク機構５６は、ナット６５の前記交差する方向における運動をピストンロッド２５に平行な方向の運動に変換してピストンロッド２５に伝達可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形機の射出装置に関する。成形機は、例えば、ダイカストマシンや射出成形機である。

成形材料を押し出すプランジャを液圧機器と他の駆動機器（例えば電動機）との組み合わせにより駆動する、いわゆるハイブリッド式の射出装置が知られている（例えば特許文献１）。また、シリンダ装置と、電動機により駆動されるボールねじ機構とを並列に配置して互いに接続したハイブリッド式の駆動機構が知られている（例えば特許文献２）。特許文献３では、ハイブリッド式の射出装置において、シリンダ装置とボールねじ機構とを並列に配置して互いに接続した駆動機構を用いている。そして、射出はボールねじ機構の駆動力により行われ、増圧・保圧はシリンダ装置により行われる。なお、増圧・保圧においては、ボールねじ機構の制御トルクがシリンダ装置の反力とならないようにボールねじ機構のトルク制御がなされる。

特開２０００−８４６５４号公報 特開平０７−１３７１０５号公報 特開２００６−８８７号公報

特許文献３に開示されている技術では種々の不都合が生じる。例えば、ボールねじ機構は、射出スリーブの給湯口の近傍に配置されている。その結果、飛散した溶湯がボールねじ機構に付着して、ボールねじ機構の動作に影響を及ぼすおそれがある。

本発明の目的は、シリンダ装置と他の駆動装置とによって好適に射出を行うことができる成形機の射出装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る成形機の射出装置は、キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、前記プランジャと連結されたピストンロッドを有するシリンダ装置と、被駆動部を有し、当該被駆動部を前記ピストンロッドに交差する方向において駆動可能な駆動装置と、前記被駆動部の前記交差する方向における運動を前記ピストンロッドに平行な方向の運動に変換して前記ピストンロッドに伝達可能なリンク機構と、を有する。

好適には、前記駆動装置は、前記被駆動部を前記ピストンロッドに直交する方向において駆動し、前記リンク機構は、スコット・ラッセル機構である。

好適には、前記射出装置は、前記ピストンロッドと前記リンク機構との連結及び当該連結の解除が可能な着脱部を更に有する。

好適には、前記着脱部は、電磁石の励磁及び消磁により前記ピストンロッドと前記被駆動部との連結及び当該連結の解除を行う。

好適には、前記着脱部は、係合部材のノッチへの係合及び係合解除により前記ピストンロッドと前記被駆動部との連結及び当該連結の解除を行う。

好適には、前記リンク機構により前記ピストンロッドに平行な方向に駆動され、前記着脱部により前記ピストンロッドと連結及び当該連結の解除がなされる出力部材と、前記出力部材から後退方向に前記ピストンロッドに平行に延びるガイドバーと、前記ガイドバーをその軸方向へ移動可能に案内するガイド部と、を更に有する。

好適には、前記射出装置は、前記リンク機構により前記ピストンロッドに平行な方向に駆動され、前記ピストンロッドに固定された部材に対して前進方向へ当接可能であるとともに、その当接位置から前記ピストンロッドに対して相対的に後退可能な出力部材を更に有する。

好適には、前記射出装置は、低速射出においては、前記駆動装置の駆動力及び前記シリンダ装置の駆動力のうち前記駆動装置の駆動力のみにより前記プランジャを駆動し、高速射出、増圧及び製品押出追従においては、前記駆動装置の駆動力及び前記シリンダ装置の駆動力のうち前記シリンダ装置の駆動力のみにより前記プランジャを駆動するように、前記駆動装置及び前記シリンダ装置を制御する制御装置を更に有する。

前記駆動装置は、回転式の電動機と、前記電動機の回転を並進運動に変換して前記被駆動部に伝達する伝達機構と、を有する。

本発明によれば、シリンダ装置と他の駆動装置とによって好適に射出を行うことができる。

本発明の実施形態に係るダイカストマシンの射出装置の要部の構成を示す模式図。 図１の射出装置の動作を説明する図。 図３（ａ）〜図３（ｃ）はシリンダ装置と駆動装置との連結部分の他の例を示す図。

図１は、本発明の実施形態に係るダイカストマシンＤＣ１の射出装置１の要部の構成を示す図である。

射出装置１は、不図示の型締装置に保持された固定金型１０１及び移動金型１０３により形成されたキャビティ１０５に溶湯（溶融状態の金属材料）を射出・充填する装置である。

射出装置１は、キャビティ１０５に連通するスリーブ３と、スリーブ３内において溶湯をキャビティ１０５へ押し出すプランジャ５と、プランジャ５を駆動するシリンダ装置７と、シリンダ装置７を作動液（例えば油）の供給により駆動するための液圧装置９と、プランジャ５を駆動するシリンダ装置７とは別系統の駆動系１１と、シリンダ装置７と駆動系１１との連結及びその解除を行う着脱部１３と、これら各装置を制御する制御装置１５を有している。なお、シリンダ装置７や駆動系１１は、床面等に設置されたベース２により支持されている。

以下、概ね上記の列挙順に詳細を説明する。

スリーブ３は、例えば、固定金型１０１に挿通されるように設けられている。プランジャ５は、スリーブ３を摺動するプランジャチップ５ａと、プランジャチップ５ａに固定されたプランジャロッド５ｂとを有している。

スリーブ３に形成された給湯口３ａから溶湯がスリーブ３内に供給された状態で、プランジャチップ５ａがスリーブ３内をキャビティ１０５に向かって摺動する（前進する）ことにより、溶湯はキャビティ１０５に射出、充填される。

（液圧式駆動系の構成：シリンダ装置７、液圧装置９等）
シリンダ装置７は、例えば、単動式のシリンダ装置により構成されており、シリンダチューブ２１と、シリンダチューブ２１の内部を摺動可能なピストン２３と、ピストン２３に固定され、シリンダチューブ２１から延び出るピストンロッド２５とを有している。

シリンダチューブ２１は、例えば、内部の断面形状が円形の筒状体である。シリンダチューブ２１の内部は、ピストン２３により、ピストンロッド２５が延び出る側のロッド側室２１ｒと、その反対側のヘッド側室２１ｈとに区画されている。ヘッド側室２１ｈに作動液が供給されることにより、ピストン２３は前進（プランジャ５側へ移動）可能であり、ロッド側室２１ｒに作動液が供給されることにより、ピストン２３は後退可能である。

シリンダ装置７は、プランジャ５に対して同軸に配置され、ピストンロッド２５は、プランジャ５に継手２７を介して連結され、シリンダチューブ２１は、不図示の型締装置などに対して固定的に設けられている。従って、ピストン２３のシリンダチューブ２１に対する移動により、プランジャ５はスリーブ３内を前進又は後退する。

なお、プランジャ５及びピストンロッド２５は同軸に連結されているから、「プランジャ５に平行」と「ピストンロッド２５に平行」とを特に区別せずに言及することがあり、また、「プランジャ５に連結」と「ピストンロッド２５に連結」とを特に区別せずに言及することがあるものとする。

液圧装置９は、作動液を貯留するタンク２９と、タンク２９の作動液を送出するポンプ３１と、ポンプ３１を駆動するポンプ用電動機３３と、シリンダ装置７に作動液を供給するアキュムレータ３５と、を有している。

タンク２９は、例えば、開放タンクであり、大気圧下で作動液を保持している。タンク２９は、シリンダ装置７から排出される作動液を受け入れ、また、ポンプ３１を介してシリンダ装置７及びアキュムレータ３５に作動液を供給する。

ポンプ３１は、歯車ポンプやベーンポンプ等のロータの回転により作動液を吐出するロータリポンプであってもよいし、アキシャル型のプランジャポンプやラジアル式のプランジャポンプ等のピストンの往復により作動液を吐出するプランジャポンプであってもよい。また、ポンプ３１は、ロータやピストンの１周期の運動における吐出量が、固定された定容量ポンプであってもよいし、可変とされた可変容量ポンプであってもよい。ポンプ３１は、１方向に作動液を吐出できれば十分であるが、双方向（２方向）ポンプと構造が同一であってもよい。

ポンプ用電動機３３は、直流モータでも交流モータでもよい。また、ポンプ用電動機３３は、誘導モータや同期モータ等の適宜なモータにより構成されてよい。ポンプ用電動機３３は、例えば、サーボモータとして構成されており、ポンプ用電動機３３の回転を検出するエンコーダ３７と、ポンプ用電動機３３に電力を供給するサーボドライバ（サーボアンプ）３９と共にサーボ機構を構成している。

なお、後述する動作の説明において、ポンプ用電動機３３が停止しているとき、ポンプ用電動機３３は、トルクフリーの状態とされてもよいし、一定位置に停止するように制御されてもよいし、ブレーキを含んで構成され、ブレーキが使用されてもよい。射出装置の具体的な構成及びポンプ用電動機３３が停止される状況に応じて適切な停止方法が選択されてよい。

アキュムレータ３５は、重量式、ばね式、気体圧式（空気圧式含む）、シリンダ式、プラダ式などの適宜な形式のアキュムレータにより構成されてよい。例えば、アキュムレータ３５は、気体圧式、シリンダ式又はプラダ式のアキュムレータであり、アキュムレータ３５内に保持されている気体（例えば空気若しくは窒素）が圧縮されることにより蓄圧され、その蓄圧された圧力により作動液を供給する。

液圧装置９は、シリンダ装置７、タンク２９、ポンプ３１及びアキュムレータ３５を互いに接続する複数の流路、及び、当該複数の流路における作動液の流れを制御する複数の弁を有している。複数の流路は、例えば、鋼管、可撓性のホース又は金属ブロックにより構成されている。液圧装置９は、具体的には、例えば、以下に述べる流路及び弁を有している。

液圧装置９は、アキュムレータ３５とヘッド側室２１ｈとを接続する第１流路４１と、ロッド側室２１ｒとタンク２９とを接続する第２流路４３と、ロッド側室２１ｒとヘッド側室２１ｈとを接続する第３流路４５とを有している。なお、第１流路４１及び第３流路４５は、ヘッド側室２１ｈ側の一部が互いに共用され、第２流路４３及び第３流路４５は、ロッド側室２１ｒ側の一部が互いに共用されている。ただし、これらは共用されていなくてもよい。

射出装置１は、アキュムレータ３５から第１流路４１を介してヘッド側室２１ｈへ作動液を供給してピストン２３を前進させることが可能である。また、射出装置１は、ピストン２３の前進に伴ってロッド側室２１ｒから押し出される作動液を第２流路４３を介してタンク２９に排出することが可能である。換言すれば、射出装置１は、ロッド側室２１ｒの圧抜きが可能である。また、射出装置１は、ピストン２３の前進に伴ってロッド側室２１ｒから押し出される作動液を第３流路４５を介してヘッド側室２１ｈに還流させることも可能である。すなわち、第３流路４５はランアラウンド回路を構成している。

液圧装置９は、ポンプ３１の吐出口とアキュムレータ３５とを接続する第４流路４７と、ポンプ３１の吐出口とヘッド側室２１ｈとを接続する第５流路４９とを有している。なお、第４流路４７のアキュムレータ３５側の一部は第１流路４１のアキュムレータ３５側の一部と共用され、第５流路４９のヘッド側室２１ｈ側の一部は第３流路４５のヘッド側室２１ｈ側の一部と共用され、第４流路４７及び第５流路４９のポンプ３１側の一部は互いに共用されている。ただし、これらは共用されていなくてもよい。

射出装置１は、ポンプ３１から第４流路４７を介してアキュムレータ３５に作動液を供給することにより、アキュムレータ３５を蓄圧することが可能である。また、射出装置１は、後述するように駆動系１１によりピストン２３を前進させるときには、その前進に伴って容積が拡大するヘッド側室２１ｈに対して、ポンプ３１から第５流路４９を介して作動液を補給することが可能である。なお、ヘッド側室２１ｈへの作動液の補給は、ヘッド側室２１ｈの容積拡大に伴う負圧を利用して、タンク２９から適宜な流路を介してヘッド側室２１ｈに作動液が供給されることにより行われてもよい。

液圧装置９は、第２流路４３及び第３流路４５のロッド側室２１ｒ側の共用部分に設けられたサーボバルブ５１を有している。サーボバルブ５１は、入力された電圧に応じた開口度で開くことにより、流量を無段階で調整可能である。また、サーボバルブ５１は、開口度に応じた信号を出力可能であり、その信号に基づいてフィードバック制御がなされることによりサーボ機構を構成する。サーボバルブ５１は、例えば、圧力補償付の流量制御弁により構成されている。サーボバルブ５１は、ロッド側室２１ｒから排出される作動液の流量を制御してシリンダ装置７の動作（速度）を制御可能であり、いわゆるメータアウト回路を構成している。

液圧装置９は、第１逆止弁ＶＬＡ〜第４逆止弁ＶＬＤを有している。これらは、例えば、パイロット圧力が導入されて制御されるものである。パイロット圧力としては、例えば、不図示の液圧回路を介してアキュムレータ３５の圧力が利用される。第１逆止弁ＶＬＡ〜第４逆止弁ＶＬＤの配置及び機能は、具体的には以下のとおりである。

第１逆止弁ＶＬＡは、第１流路４１に設けられている。第１逆止弁ＶＬＡは、パイロット圧力が導入されていないときは、アキュムレータ３５側からヘッド側室２１ｈ側への作動液の流れを禁止し、その反対方向の流れを許容する。また、第１逆止弁ＶＬＡは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを許容する（開かれる）。

第２逆止弁ＶＬＢは、第２流路４３に設けられている。第２逆止弁ＶＬＢは、パイロット圧力が導入されていないときは、ロッド側室２１ｒ側からタンク２９側への作動液の流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する。また、第２逆止弁ＶＬＢは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

第３逆止弁ＶＬＣは、第３流路４５に設けられている。第３逆止弁ＶＬＣは、パイロット圧力が導入されていないときは、ロッド側室２１ｒ側からヘッド側室２１ｈ側への作動液の流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する。また、第３逆止弁ＶＬＣは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

第４逆止弁ＶＬＤは、第４流路４７に設けられている。第４逆止弁ＶＬＤは、パイロット圧力が導入されていないときは、ポンプ３１側からアキュムレータ３５側への作動液の流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する。また、第４逆止弁ＶＬＤは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

上記の他、液圧装置９は、ポンプ３１の作動液を中子用のシリンダ装置等の適宜な装置に送出するための流路及び制御弁を有していてもよい。

（電動式駆動系の構成：駆動系１１、着脱部１３等）
駆動系１１は、ピストンロッド２５に交差する方向の運動を生じる駆動装置５２と、駆動装置５２の運動をピストンロッド２５に平行な方向の運動に変換してピストンロッド２５に伝達するリンク機構５６と、その伝達の過程でピストンロッド２５を傾斜させるモーメントが発生することを抑制するための案内機構５７とを有している。なお、駆動系１１からピストンロッド２５（着脱部１３）への運動の出力は、具体的には、出力部材５８を介して行われる。出力部材５８は、リンク機構５６の一部と捉えられてもよいし、案内機構５７の一部と捉えられてもよい。

駆動装置５２は、回転式の低速用電動機５３と、低速用電動機５３の回転をピストンロッド２５に交差する方向の並進運動に変換してリンク機構５６に伝達する伝達機構５５とを有している。

低速用電動機５３は、特に図示しないが、界磁及び電機子の一方を構成するステータと、界磁及び電機子の他方を構成し、ステータに対して回転可能なロータとを有している。なお、低速用電動機５３は、ポンプ用電動機３３と同様に、直流モータでも交流モータでもよいし、誘導モータでも同期モータでもよい。低速用電動機５３は、ロータの回転軸や出力軸５３ａがピストンロッド２５に対して交差（より具体的には直交）する方向に延びるように配置されている。

低速用電動機５３は、例えば、サーボモータとして構成されており、低速用電動機５３の回転を検出するエンコーダ５９と、低速用電動機５３に電力を供給するサーボドライバ６１と共にサーボ機構を構成している。

低速用電動機５３は、ブレーキ付きの電動機であることが好ましい。例えば、特に図示しないが、低速用電動機５３は、ロータと共にステータに対して回転するディスクと、ステータに対して回転不可能なディスクと、これら２枚のディスクを当接させるばね力を生じるばねと、ばね力に抗して２枚のディスクを離間させることが可能なアーマチュアとを有している。

なお、後述する動作の説明において、低速用電動機５３が停止しているとき、射出装置の具体的な構成及び低速用電動機５３が停止される状況に応じて適切な停止方法が選択されてよいことは、ポンプ用電動機３３と同様である。

伝達機構５５は、例えば、ねじ機構により構成され、低速用電動機５３により回転駆動されるねじ軸６３と、ねじ軸６３に螺合されたナット６５とを有している。

ねじ軸６３は、例えば、低速用電動機５３に対して同軸に配置され、低速用電動機５３の出力軸５３ａとカップリングを介して連結されている。換言すれば、ねじ軸６３は、ピストンロッド２５に対して交差（より具体的には直交）する方向に延びるように配置されている。また、ねじ軸６３は、ベース２等に対して回転可能に且つ軸方向に移動不可能に支持されている。ナット６５は、ベース２等に対して回転不可能に且つ軸方向に移動可能に支持されている。

そして、ねじ軸６３が低速用電動機５３により回転駆動されると、ねじ軸６３に螺合したナット６５は、ねじ軸６３の軸方向に移動する。すなわち、ナット６５は、ピストンロッド２５に対して交差する方向に駆動される。

リンク機構５６は、例えば、入力された運動を（略）直交する方向の運動に変換するスコット・ラッセル機構により構成されている。すなわち、リンク機構５６は、ナット６５と出力部材５８とを連結する第１リンク部材５６ａと、第１リンク部材５６ａの中途位置とベース２とを連結する第２リンク部材５６ｂとを有している。第１節点Ｊ１〜第４節点Ｊ４は、いずれも紙面貫通方向（シリンダ装置７に直交する方向）の軸回りに回転可能である。Ｊ１−Ｊ３間の距離、Ｊ２−Ｊ３間の距離、及び、Ｊ４−Ｊ３間の距離は、互いに等しく設定されている。このような長さの設定により、第１節点Ｊ１の第４節点Ｊ４に向かう運動は、その運動の方向に直交する方向における、第２節点Ｊ２の第４節点Ｊ４から離れる運動に変換される。

案内機構５７は、ピストンロッド２５に平行に配置されたガイドバー６７と、ガイドバー６７をその軸方向に案内するガイド部６９とを有している。ガイドバー６７は、例えば、断面円形の軸状部材であり、ガイド部６９は、ガイドバー６７が軸方向に摺動可能に挿入される孔部を有する部材である。

ガイドバー６７は、出力部材５８に固定されている。なお、これらの部材は一体的に形成されることにより固定されていてもよい。ガイド部６９は、例えば、ベース２の一部により構成されることなどにより、シリンダ装置７のシリンダチューブ２１に対して固定されている。ガイドバー６７は、ガイド部６９に挿入されることにより、シリンダチューブ２１に対する、軸に直交する方向の移動及び軸の傾斜が規制されるとともに、軸方向への移動が許容されている。

なお、ガイド部６９の孔部は、ガイドバー６７に対する摺動抵抗を低減しつつガイドバー６７の傾斜を好適に抑制できるように、貫通方向において比較的長く形成されるとともに、貫通方向の中央側において拡径して内周面がガイドバー６７から離間していることが好ましい。

着脱部１３は、例えば、電磁石の励磁及び消磁によって着脱を行うクランプ機構により構成されている。着脱部１３は、例えば、コイル等を含む電磁石７３と、電磁石７３にクランプされる金属等の磁性体７５とを有している。なお、電磁石７３は、コイルに通電されている間において励磁が維持されるものであってもよいし、永久磁石等を含み、通電されることにより励磁及び消磁がなされる、励磁が維持されている間の通電が不要なものであってもよい。

電磁石７３及び磁性体７５の一方（本実施形態では磁性体７５）は、ピストンロッド２５に対して固定され、他方（本実施形態では電磁石７３）は、出力部材５８に固定される。そして、ピストンロッド２５に固定された部材（磁性体７５）に対して出力部材５８に固定された部材（電磁石７３）が後方に位置して、これらの部材は、ピストンロッド２５の移動方向において互いに当接可能に対向している。すなわち、出力部材５８は、着脱部１３を介してピストンロッド２５を前方へ押すことが可能である。

より具体的には、例えば、プランジャ５とピストンロッド２５とを連結する継手２７は、ピストンロッド２５の半径方向に延び出る延在部２７ａを有し、磁性体７５は、延在部２７ａの後側に固定されている。なお、磁性体７５は、延在部２７ａの一部と捉えられてもよい。また、電磁石７３は、出力部材５８の前側に固定されている。なお、電磁石７３は、出力部材５８の一部と捉えられてもよい。電磁石７３、磁性体７５及びガイドバー６７は、例えば、シリンダ装置７と伝達機構５５との間においてシリンダ装置７に平行な同一線上に配置されている。

（制御系）
制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ７７、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ７９、入力回路８１、及び、出力回路８３を含んで構成されている。ＣＰＵ７７は、メモリ７９に記憶されたプログラムを実行し、入力回路８１を介して入力される入力信号に基づいて、各部を制御するための制御信号を出力回路８３を介して出力する。

入力回路８１に信号を入力するのは、例えば、ユーザの入力操作を受け付ける入力装置８５、エンコーダ３７及び５９、ピストンロッド２５の位置を検出する第１位置センサ８９、ガイドバー６７の位置を検出する第２位置センサ９１、サーボバルブ５１、ヘッド側室２１ｈの圧力を検出するヘッド圧力センサ９３、ロッド側室２１ｒの圧力を検出するロッド圧力センサ９５、及び、アキュムレータ３５の圧力を検出するアキュムレータ圧力センサ９７である。

出力回路８３が信号を出力するのは、例えば、ユーザに情報を表示する表示器８７、サーボドライバ３９及び６１、サーボバルブ５１、及び、各種の弁へのパイロット圧力の導入を制御する不図示の液圧回路である。

第１位置センサ８９は、シリンダチューブ２１に対するピストンロッド２５の位置を検出するものであり、プランジャ５の位置を間接的に検出するものである。第１位置センサ８９は、例えば、ピストンロッド２５に固定され若しくは形成され、ピストンロッド２５の軸方向に延びる不図示のスケール部とともにリニアエンコーダを構成している。なお、第１位置センサ８９、又は、制御装置１５は、検出した位置を微分することにより、速度を検出することが可能である。

第２位置センサ９１は、ガイド部６９に対するガイドバー６７の位置を検出するものであり、駆動系１１の出力部材５８の位置を間接的に検出するものである。第２位置センサ９１は、例えば、ガイドバー６７に固定され若しくは形成され、ガイドバー６７の軸方向に延びる不図示のスケール部とともにリニアエンコーダを構成している。なお、第２位置センサ９１、又は、制御装置１５は、検出した位置を微分することにより、速度を検出することが可能である。

ヘッド圧力センサ９３及びロッド圧力センサ９５は、ヘッド側室２１ｈ及びロッド側室２１ｒの圧力を検出することにより、プランジャ５が溶湯に加える圧力を間接的に検出するものである。また、アキュムレータ圧力センサ９７は、アキュムレータ３５の充填完了などの判定に利用される。

（射出装置の動作）
図２は、射出装置１の動作を説明する図である。図２において、横軸は時間を示している。また、実線Ｌｖは射出速度の変化を示し、実線Ｌｐは射出圧力の変化を示している。実線Ｌｖ及びＬｐが描かれたグラフにおいて、縦軸は射出速度及び射出圧力の大きさを示している。また、当該グラフの下方においては、ピストン２３、低速用電動機５３、着脱部１３、サーボバルブ５１、ポンプ用電動機３３及びアキュムレータ３５の動作を示している。サーボバルブ５１のＯＮ／ＯＦＦは、開口度が制御されている状態／開口度が制御されずに開かれている若しくは閉じられている状態を示している。

射出装置１は、概観すると、低速射出、高速射出、及び、増圧（昇圧）を順に行う。すなわち、射出装置１は、射出の初期段階においては、溶湯の空気の巻き込みを防止するために比較的低速でプランジャ５を前進させ、次に、溶湯の凝固に遅れずに溶湯を充填するため等の観点から比較的高速でプランジャ５を前進させる。その後、射出装置１は、成形品のヒケをなくすために、プランジャ５の前進する方向の力によりキャビティ内の溶湯を増圧する。具体的には、以下のとおりである。

（低速射出：ｔ０〜ｔ１）
低速射出の開始直前において、射出装置１は、図１に示す状態となっている。すなわち、ピストン２３及び出力部材５８（ナット６５）は、後退限等の初期位置に位置している。この初期位置において、着脱部１３の電磁石７３と磁性体７５とは互いに当接しており、クランプ可能となっている。低速用電動機５３及びポンプ用電動機３３は停止している。アキュムレータ３５は蓄圧が完了している。サーボバルブ５１及び第１逆止弁ＶＬＡ〜第４逆止弁ＶＬＤは、アキュムレータ３５からの作動液の放出が禁止されている限り適宜な状態とされてよいが、例えば、サーボバルブ５１は閉じられ、第１逆止弁ＶＬＡはパイロット圧力が導入されずに自閉しており、第２逆止弁ＶＬＢ〜第４逆止弁ＶＬＤはパイロット圧力が導入されて閉じられている。

固定金型１０１及び移動金型１０３の型締が終了し、溶湯がスリーブ３に供給されるなど、所定の低速射出開始条件が満たされると、制御装置１５は、着脱部１３をクランプ状態とするとともに、出力部材５８を前進させる方向に低速用電動機５３を駆動する。これにより、出力部材５８に連結されたプランジャ５及びピストンロッド２５が前進する。すなわち、駆動系１１の駆動力によって低速射出が行われる。

このとき、サーボバルブ５１は例えば全開とされ、第３逆止弁ＶＬＣはパイロット圧力の導入が停止される。従って、ピストン２３の前進に伴ってロッド側室２１ｒから排出される作動液は、ピストン２３の前進に伴って容積が拡大するヘッド側室２１ｈに供給される。

ロッド側室２１ｒとヘッド側室２１ｈとのピストン２３の受圧面積の相違によるヘッド側室２１ｈにおける作動液の不足分は、上述したように、ポンプ３１若しくはタンク２９からの作動液の供給により補われる。なお、ポンプ３１により補給される場合、その作動液の供給量は、ヘッド側室２１ｈに負圧が生じることを抑制する程度であり、実質的に低速射出は駆動系１１の駆動力のみによって行われる。

プランジャ５の速度は、低速用電動機５３の回転数の調整により制御される。具体的には、制御装置１５は、第２位置センサ９１（第１位置センサ８９でもよい）により検出されるプランジャ５の速度に基づいて、低速用電動機５３の回転数をフィードバック制御する。

なお、図２では、低速射出速度が一定の場合を例示しているが、低速射出速度は適宜に変速されてよい。

（高速射出：ｔ１〜ｔ２）
制御装置１５は、第２位置センサ９１（第１位置センサ８９でもよい）の検出値に基づくプランジャ５の位置が所定の高速切換位置に到達すると、着脱部１３をアンクランプ状態とするとともに、低速用電動機５３を停止する。また、制御装置１５は、第１逆止弁ＶＬＡに開くパイロット圧力を導入するとともに、サーボバルブ５１を適宜な開度に調整する。

これにより、アキュムレータ３５から第１逆止弁ＶＬＡを介してヘッド側室２１ｈに作動液が供給され、ピストン２３、ピストンロッド２５及びプランジャ５は比較的高速で前進する。このとき、駆動系１１はプランジャ５等との連結が解除されているから、プランジャ５等の前進を妨げる負荷とはならない。なお、駆動系１１の出力部材５８は、シリンダチューブ２１に対して停止するので、シリンダチューブ２１に対して前進するプランジャ５等に対しては、相対的に、後方に移動する。そして、プランジャ５によりスリーブ３内の溶湯がキャビティ１０５に高速に射出される。

プランジャ５の速度は、サーボバルブ５１の開口度の調整により制御される。なお、制御装置１５は、第１位置センサ８９により検出されるプランジャ５の速度に基づいて、サーボバルブ５１の開口度をフィードバック制御してもよい。

（電動式駆動系の後退：ｔ２〜ｔ５）
制御装置１５は、高速射出開始後から後述するプランジャ５の後退完了までの期間内の適宜な期間において、低速用電動機５３を低速射出時とは逆方向に回転させる。すなわち、制御装置１５は、駆動系１１の出力部材５８（ナット６５）を後退させ、初期位置に復帰させる。なお、本実施形態では、低速用電動機５３を逆回転させる期間として、高速射出が開始される時点ｔ１から少し経過した時点ｔ２から、後述する保圧が開始される時点ｔ６よりも少し前の時点ｔ５までの期間を例示している。

（減速射出：ｔ３〜ｔ４）
溶湯がキャビティ１０５にある程度充填されると、プランジャ５は、その充填された溶湯から反力を受けて減速され、その一方で、射出圧力は、急激に上昇していく。なお、各部の動作は、高速射出時と同様である。ただし、充填時の衝撃を緩和するために、プランジャ５が所定の減速位置に到達するなど所定の減速開始条件が満たされたときにサーボバルブ５１の開口度を小さくするなど、適宜な減速制御がなされてもよい。

（増圧：ｔ４〜ｔ６）
所定の増圧開始条件が満たされると、制御装置１５は、第２逆止弁ＶＬＢへの閉じるパイロット圧力の導入を停止する。増圧開始条件は、例えば、ヘッド圧力センサ９３及びロッド圧力センサ９５により検出される射出圧力の検出値が所定の値に到達したこと、又は、第１位置センサ８９により検出されるプランジャ５の検出位置が所定の位置に到達したことである。

第２逆止弁ＶＬＢへの閉じるパイロット圧力の導入が停止されることにより、ロッド側室２１ｒはタンク圧とされる。そして、ヘッド側室２１ｈの圧力はアキュムレータ３５の圧力と同等となるまで上昇し、射出圧力は終圧に到達する。また、射出速度は、キャビティ１０５に溶湯が完全に充填されることにより０となる。なお、第３逆止弁ＶＬＣは、ロッド側室２１ｒがタンク圧とされることによって自閉するが、閉じるパイロット圧力が導入されてもよい。

（保圧：ｔ６〜ｔ７）
制御装置１５は、射出圧力が終圧となっている状態を維持する。この間に、溶湯は冷却されて凝固する。溶湯が凝固すると、制御装置１５は、サーボバルブ５１を閉じ、第１逆止弁ＶＬＡへの開くパイロット圧力の導入を停止し、第２逆止弁ＶＬＢに閉じるパイロット圧力を導入する。これにより、アキュムレータ３５からヘッド側室２１ｈへの液圧の供給及びロッド側室２１ｒからタンク２９への作動液の排出が停止され、保圧は終了する。

なお、制御装置１５は、適宜に溶湯が凝固したか否かを判定する。例えば、制御装置は、終圧が得られた時点等の所定の時点から所定の時間が経過したか否かにより、溶湯が凝固したか否か判定する。

（押出追従：ｔ８〜ｔ９）
保圧終了後、制御装置１５は、不図示の型締装置に型開きを行わせるとともに、不図示の押出装置により固定金型１０１から成形品を押し出す。このとき、制御装置１５は、ポンプ用電動機３３を駆動して、ポンプ３１からヘッド側室２１ｈに作動液を供給するとともに、ロッド側室２１ｒの作動液をタンク２９に排出可能とし、プランジャ５によりビスケットを押し出す。

なお、ポンプ３１からヘッド側室２１ｈへの作動液の供給は、例えば、第３逆止弁ＶＬＣへのパイロット圧力の導入を停止して、第５流路４９を介して行われる。また、この際、ロッド側室２１ｒから排出される作動液は、例えば、射出時と同様に、サーボバルブ５１を開くことによって第３流路を介してヘッド側室２１ｈに還流される。ロッド側室２１ｒの作動液は、第５流路４９と第２流路４３との連通を適宜な弁により遮断するとともに第２逆止弁ＶＬＢへの閉じるパイロット圧力の導入を停止することによって、第２流路４３を介してタンク２９に排出されてもよい。

（プランジャ後退：ｔ１０〜ｔ１１）
制御装置１５は、ポンプ用電動機３３を駆動してポンプ３１からロッド側室２１ｒに作動液を供給するとともに、ヘッド側室２１ｈの作動液をタンク２９に排出可能とし、ピストン２３を後退させ、ひいては、プランジャ５を後退させる。

なお、ポンプ３１からロッド側室２１ｒへの作動液の供給は、例えば、サーボバルブ５１を開くことにより、第５流路４９のポンプ３１側部分と、第３流路４５のロッド側室２１ｒ側部分とを介して行われる。また、ヘッド側室２１ｈからタンク２９への作動液の排出は、例えば、ヘッド側室２１ｈとタンク２９とを接続する不図示の流路に設けられた不図示の弁が開かれることにより行われる。

（アキュムレータ充填：ｔ１２〜ｔ１３）
制御装置１５は、第４逆止弁ＶＬＤへの閉じるパイロット圧力の導入を停止し、ポンプ用電動機３３を駆動する。一方、第２逆止弁ＶＬＢ及び第３逆止弁ＶＬＣは、パイロット圧力が導入されて閉じられ、また、サーボバルブ５１も閉じられる。従って、ポンプ３１から第４流路４７を介してアキュムレータ３５に作動液が供給され、アキュムレータ３５の蓄圧が行われる。なお、第１逆止弁ＶＬＡは自閉する。

アキュムレータ圧力センサ９７の検出圧力が所定の蓄圧完了圧力に到達するなど、アキュムレータ３５の蓄圧の完了条件が満たされると、制御装置１５は、ポンプ用電動機３３を停止し、第４逆止弁ＶＬＤへ閉じるパイロット圧力を導入する。なお、プランジャ５（ピストン２３）の後退と、アキュムレータ充填とは、順番が逆であってもよい。

以上の実施形態によれば、射出装置１は、プランジャ５と、シリンダ装置７と、駆動装置５２と、リンク機構５６とを有する。プランジャ５は、キャビティ１０５に成形材料を押し出し可能である。シリンダ装置７は、プランジャ５と連結されたピストンロッド２５を有する。駆動装置５２は、被駆動部（ナット６５）を有し、ナット６５をピストンロッド２５に交差する方向において駆動可能である。リンク機構５６は、ナット６５の前記交差する方向における運動をピストンロッド２５に平行な方向の運動に変換してピストンロッド２５に伝達可能である。

従って、ナット６５を並進運動させる駆動装置５２を、シリンダ装置７に対して並列に設ける必要が無い。その結果、例えば、ねじ機構により構成された伝達機構５５をスリーブ３の給湯口３ａから離して配置することができ、伝達機構５５の保護が図られる。また、駆動装置５２の配置の自由度が向上することになるから、例えば、ベース２のシリンダ装置７を支持する鉛直部分に沿って駆動装置５２（ねじ軸６３）を配置し、射出装置１全体の小型化を図ることができる。

駆動装置５２は、ナット６５をピストンロッド２５に直交する方向において駆動する。リンク機構５６は、スコット・ラッセル機構である。従って、ナット６５とピストンロッド２５との移動量は同一であり、ナット６５に大きな駆動力を付与する必要はなく、また、動作の把握が容易である。

射出装置１は、ピストンロッド２５とリンク機構５６との連結及び当該連結の解除が可能な着脱部１３を更に有する。別の観点では、射出装置１は、リンク機構５６によりピストンロッド２５に平行な方向に駆動され、ピストンロッド２５に固定された部材（磁性体７５）対して前進方向へ間接又は直接に当接可能であるとともに、その当接位置からピストンロッド２５に対して相対的に後退可能な出力部材５８（電磁石７３）を有する。

従って、例えば、シリンダ装置７は、駆動系１１に動作を制限されることなくプランジャ５を高速に駆動可能となる。その結果、例えば、位置制御や速度制御の精度が高い電動式の駆動系１１により低速射出を行い、高い速度及び大きな駆動力を得やすいシリンダ装置７により高速射出及び増圧を行うことにより、低速用電動機５３を小型化しつつ、高精度且つ高速な射出及び高い鋳造圧力を実現できる。

また、例えば、駆動系１１は、プランジャ５のストロークと同等の大きさのストロークで被駆動部を駆動可能である必要性が無くなる。その結果、ねじ軸６３を短くするなど、駆動系１１の小型化が図られる。

さらに、駆動系１１は、シリンダチューブ２１の外部にてピストンロッド２５と連結（当接）されるだけであるので、シリンダ装置７自体の構成は変更する必要が無い。その結果、既設の射出装置への適用も容易である。

着脱部１３は、電磁石７３の励磁及び消磁によりプランジャ５とナット６５等との連結及び当該連結の解除を行う。従って、後述する変形例に比較して、連結及びその解除を制御することが容易であり、また、連結及びその解除が迅速且つ強固に行われると期待される。

射出装置１は、リンク機構５６によりピストンロッド２５に平行な方向に駆動され、着脱部１３によりピストンロッド２５と連結及び当該連結の解除がなされる出力部材５８と、出力部材５８から後退方向にピストンロッド２５に平行に延びるガイドバー６７と、ガイドバー６７をその軸方向へ移動可能に案内するガイド部６９と、を有する。

従って、プランジャ５が傾斜することが抑制される。また、出力部材５８はピストンロッド２５よりもストロークが短いから、ガイドバー６７は、ピストンロッド２５に固定される場合に比較して、短くされることができる。更に、後方に延びてシリンダ装置７と並列になるので、射出装置１の小型化が容易になる。

射出装置１の制御装置１５は、低速射出においては、駆動装置５２の駆動力及びシリンダ装置７の駆動力のうち駆動装置５２の駆動力のみによりプランジャ５を駆動し、高速射出、増圧及び製品押出追従においては、駆動装置５２の駆動力及びシリンダ装置７の駆動力のうちシリンダ装置７の駆動力のみによりプランジャ５を駆動するように、駆動装置５２及びシリンダ装置７を制御する。なお、ここでいうシリンダ装置７の駆動力は、シリンダ装置７に作動液が供給されることにより生じる駆動力である。

従って、大きな駆動力を必要とする工程において低速用電動機５３は使用されず、低速用電動機５３の小型化が図られる。また、その結果、ピストンロッド２５を傾斜させるモーメントも小さく、案内機構５７は小型化や簡素化が可能となる。例えば、大きなモーメントを受けるスライドテーブルのような大型な案内機構を設ける必要性が低減される。

（着脱部の変形例）
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、着脱部の変形例を示す図である。

図３（ａ）の着脱部５１３は、部材の嵌合及び摩擦を利用してピストンロッド２５と駆動系１１の出力部材５８との連結及びその解除を行うものである。

具体的には、着脱部５１３は、出力部材５８に設けられた突状部材５７３と、ピストンロッド２５に固定された継手２７の延在部２７ａに設けられ、突状部材５７３が挿入される凹状部材５７５とを有している。突状部材５７３は先が細くなるテーパ状に形成されており、凹状部材５７５の凹部は奥が狭くなるテーパ状に形成されている。

射出後のピストンロッド２５の後退時、若しくは、低速射出の開始時において、突状部材５７３は凹状部材５７５に挿入され、嵌合される（連結される）。嵌合状態において、突状部材５７３は、凹状部材５７５を押圧可能である。また、これらの部材は、その嵌合により軸に直交する方向等の移動が規制され、また、摩擦力によって抜けが抑制される。そして、突状部材５７３が前進し、低速射出が行われる。

低速射出から高速射出への切り換え時において、アキュムレータ３５からヘッド側室２１ｈへの作動液の供給によりピストンロッド２５（凹状部材５７５）が前進し、低速用電動機５３の停止により出力部材５８（突状部材５７３）が停止すると、凹状部材５７５が突状部材５７３から離間しようとする力が摩擦力を上回り、これらの部材の連結は解除される。

図３（ｂ）の着脱部６１３は、ばね力を利用してピストンロッド２５と駆動系１１の被駆動部（ナット６５等）との連結及びその解除を行うものである。

具体的には、着脱部６１３は、出力部材５８に設けられた突状部材６７３と、延在部２７ａに設けられた支持部材６７４と、支持部材６７４に保持されるとともに突状部材６７３のノッチ６７３ｒに対して進退可能な係合部材６７５と、係合部材６７５をノッチ６７３ｒ側へ付勢するばね６７６とを有している。ノッチ６７３ｒは、後方が進退方向（図４の紙面左右方向）に直角に形成され、前方が傾斜面とされている。

射出後のピストンロッド２５の後退時、若しくは、低速射出の開始時において、係合部材６７５はばね６７の付勢力によってノッチ６７３ｒに一部が挿入され、ノッチ６７３ｒの後方に係合する。すなわち、着脱部６１３は連結状態となる。

低速射出から高速射出への切り換え時において、ピストンロッド２５が前進し、出力部材５８が停止されると、係合部材６７５は、ノッチ６７３ｒの前方の傾斜面を摺動することによってノッチ６７３ｒの外側へ押し上げられる。これにより、着脱部６１３の連結は解除される。

図３（ｃ）の変形例は、特に着脱部を設けず、単に駆動系１１の出力部材５８をピストンロッド２５に固定された部材（継手２７）に対して前進方向へ当接させるだけとしたものである。なお、この変形例においては、ピストンロッド２５の傾斜を抑制するための部材（ガイドバー等）は、駆動系１１側ではなく、ピストンロッド２５側に設けられている必要がある。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

成形機は、ダイカストマシンに限定されない。例えば、成形機は、他の金属成形機であってもよいし、プラスチック射出成形機であってもよいし、木粉に熱可塑性樹脂等を混合させた材料を成形する成形機であってもよい。また、射出装置は、横型締横射出に限定されず、例えば、縦型締縦射出、横型締縦射出であってもよい。作動液は、油に限定されず、例えば水でもよい。

シリンダ装置は、単動式のものに限定されず、増圧式のものであってもよい。例えば、シリンダ装置は、小径部と大径部とを有するシリンダチューブと、ピストンロッドに固定され、小径部を摺動する射出ピストンと、その後方にて小径部と大径部とを摺動する増圧ピストンとを有するものであってもよい。

液圧装置は、適宜に構成することができ、種々の流路の接続及び共用、並びに、種々の弁の配置は、適宜に変更可能である。作動液の流れを制御する弁としてパイロット式の逆止弁を多用したが、逆止弁に代えて、方向切換弁等の他の制御弁が用いられてもよい。ランアラウンド回路は設けられなくてもよいし、メータアウト回路に代えて若しくは追加してメータイン回路が構成されてもよい。

駆動装置は、電動機とねじ機構とを含むものに限定されない。例えば、駆動装置は、回転式の電動機と、電動機の回転を並進運動に変換するラック・ピニオン機構とを含むものであってもよい。また、駆動装置は、液圧式のシリンダ装置と、当該シリンダ装置のピストンに隔てられた２つのシリンダ室に２つのポートが接続された双方向ポンプと、双方向ポンプを回転させる電動機とがパッケージングされたハイブリッドアクチュエータであってもよい。また、駆動装置は、電動シリンダであってもよい。

駆動装置は、好適には電動機を含むものである。ただし、駆動装置は、必ずしも電動機を含むものに限定されず、駆動力を生じる種々の方式のものとされてよい。また、電動機は、回転式のものに限定されず、リニアモータであってもよい。なお、リニアモータの場合には、伝達機構を介さずに、リニアモータの駆動力が直接に移動ロッドに伝達されてもよい。また、駆動装置は、２以上設けられてもよい。

着脱部は、必須の要件ではなく、シリンダ装置とリンク機構とは、連結解除が不可能に連結されていてもよい。着脱部は、実施形態等において例示したものに限定されず、制御装置等による着脱部の制御により（実施形態参照）、若しくは、制御装置等によるシリンダ装置及び駆動装置の制御により（変形例参照）、成形サイクル中において連結及びその解除が可能なものであればよい。例えば、着脱部は油圧駆動若しくは電動駆動のハーフナットであってもよい。

ピストンロッドの傾斜を抑制するための案内機構（ガイドバー等）は省略されてもよい。また、案内機構は、スライドテーブル等の他の機構により構成されてもよい。

各部材は、一体的に形成されてもよいし、複数の部材から構成されてもよい。例えば、駆動系が当接する、ピストンロッドに固定された部材（磁性体７５等）は、継手又はピストンロッドと一体的に形成された部材であってもよい。

１…射出装置、５…プランジャ、７…シリンダ装置、２５…ピストンロッド、５２…駆動装置、５６…リンク機構、６５…ナット（被駆動部）、１０５…キャビティ。

Claims (9)

1. キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、
   前記プランジャと連結されたピストンロッドを有するシリンダ装置と、
   被駆動部を有し、当該被駆動部を前記ピストンロッドに交差する方向において駆動可能な駆動装置と、
   前記被駆動部の前記交差する方向における運動を前記ピストンロッドに平行な方向の運動に変換して前記ピストンロッドに伝達可能なリンク機構と、
   を有する成形機の射出装置。
2. 前記駆動装置は、前記被駆動部を前記ピストンロッドに直交する方向において駆動し、
   前記リンク機構は、スコット・ラッセル機構である
   請求項１に記載の成形機の射出装置。
3. 前記ピストンロッドと前記リンク機構との連結及び当該連結の解除が可能な着脱部を更に有する
   請求項１又は２に記載の成形機の射出装置。
4. 前記着脱部は、電磁石の励磁及び消磁により前記ピストンロッドと前記被駆動部との連結及び当該連結の解除を行う
   請求項３に記載の成形機の射出装置。
5. 前記着脱部は、係合部材のノッチへの係合及び係合解除により前記ピストンロッドと前記被駆動部との連結及び当該連結の解除を行う
   請求項３に記載の成形機の射出装置。
6. 前記リンク機構により前記ピストンロッドに平行な方向に駆動され、前記着脱部により前記ピストンロッドと連結及び当該連結の解除がなされる出力部材と、
   前記出力部材から後退方向に前記ピストンロッドに平行に延びるガイドバーと、
   前記ガイドバーをその軸方向へ移動可能に案内するガイド部と、
   を更に有する請求項３〜５のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
7. 前記リンク機構により前記ピストンロッドに平行な方向に駆動され、前記ピストンロッドに固定された部材に対して前進方向へ当接可能であるとともに、その当接位置から前記ピストンロッドに対して相対的に後退可能な出力部材を更に有する
   請求項１又は２に記載の成形機の射出装置。
8. 低速射出においては、前記駆動装置の駆動力及び前記シリンダ装置の駆動力のうち前記駆動装置の駆動力のみにより前記プランジャを駆動し、
   高速射出、増圧及び製品押出追従においては、前記駆動装置の駆動力及び前記シリンダ装置の駆動力のうち前記シリンダ装置の駆動力のみにより前記プランジャを駆動するように、
   前記駆動装置及び前記シリンダ装置を制御する制御装置を更に有する
   請求項３〜７のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
9. 前記駆動装置は、
   回転式の電動機と、
   前記電動機の回転を並進運動に変換して前記被駆動部に伝達する伝達機構と、を有する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。

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